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2020 Fiscal Year Annual Research Report

generation of quasimonoenergetic proton beam by nano-structured target

Research Project

Project/Area Number 17H02812
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

村上 匡且  大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (80192772)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywordsマイクロバブル物理の解明
Outline of Annual Research Achievements

現代物理の中でも、とりわけ量子電磁力学(QED)の延長線上に ある“シュウィンガー極限電場”付近で起こるとされる電子・陽電子対生成雪崩(cascade)現象は、未だ解明されていない未踏の挑戦的研究領域である。 しかし、この現象を通常議論されている光子同士の衝突を使い実験するに、 現在のレーザー技術で達成される最大照射強度で、さらに一千万倍が必要と されている。本報告者は、ミクロンサイズのバブル(空洞)構造を内部に持つ固体ターゲットを超高強度・超短パルスレーザーで照射すること で、シュウィンガー極限電場を達成し得る物理機構を発見し「マイクロバブル 爆縮」と命名した。
本研究の目的は、第一に、マイクロバブル爆縮というこの全く新しい物理 コンセプトにより、シュウィンガー極限電場近傍における電子・陽電子対生成雪崩の物理を解明することである。第二に、本研究を通じて、「バ ブル爆縮」の原理実証実験に向けた理論設計を行うことである。
現代技術の範囲内で 、しかも地上で“角砂糖大で数百 kg に相当する超高密圧縮”や“太陽中心の百万倍の エネルギー密度”、そして“真空から爆発的に物質(電子・陽電子対雪崩)を創生する程の超高(シュウ ィンガー極限)電場”を実現し得る原理を発見・提唱したのは本申請者による「マイクロバブル爆縮」が 世界で初めてである。
本研究を通して得られた一連の成果は、マイクロバブル爆縮という極めてユニークな物理コンセプトが世界に大きなイ ンパクトを与えたこと、そして相対論から量子論に至る幅広い基礎研究プラットフォームを形成するこ とで多種多様な研究へと発展し得ることを示唆している。今後、この新たな物理現象を通じてレーザー 科学・高エネルギー密度物理学・宇宙物理学等における新たな研究潮流の創生が期待される。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] レベデフ物理研究所(モスクワ)(ロシア連邦)

    • Country Name
      RUSSIA FEDERATION
    • Counterpart Institution
      レベデフ物理研究所(モスクワ)
  • [Int'l Joint Research] マドリッド工科大学(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      マドリッド工科大学
  • [Journal Article] Generation of ultrahigh field by micro-bubble implosion2020

    • Author(s)
      Murakami M.、Arefiev A.、Zosa M. A.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Pages: 7537(1~10)

    • DOI

      10.1038/s41598-018-25594-3

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Relativistic proton emission from ultrahigh-energy-density nanosphere generated by microbubble implosion2020

    • Author(s)
      Murakami M.、Arefiev A.、Zosa M. A.、Koga J. K.、Nakamiya Y.
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 26 Pages: 043112~043112

    • DOI

      10.1063/1.5093043

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Generation of megatesla magnetic fields by intense-laser-driven microtube implosions2020

    • Author(s)
      Murakami M.、Honrubia J. J.、Weichman K.、Arefiev A. V.、Bulanov S. V.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Pages: 16653(1~11)

    • DOI

      10.1038/s41598-020-73581-4

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Birefringence in thermally anisotropic relativistic plasmas and its impact on laser?plasma interactions2020

    • Author(s)
      Arefiev A.、Stark D. J.、Toncian T.、Murakami M.
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 27 Pages: 063106~063106

    • DOI

      10.1063/5.0008018

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Generation of quasi-monoenergetic ions using optimized hollow nanospheres2020

    • Author(s)
      Zosa M. A. H.、Murakami M.
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 27 Pages: 033103~033103

    • DOI

      10.1063/1.5132822

    • Peer Reviewed

URL: 

Published: 2021-12-27  

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